Wissenschaftler des Imperial College London und des Natural History Museum haben heute zwei parallele Arbeiten veröffentlicht, in denen britische Hummelpopulationen analysiert werden.
Die erste untersuchte die Morphologie (Körperformen) von Bienenexemplaren aus dem Jahr 1900. Unter Verwendung digitaler Bilder untersuchte die Gruppe zunächst die Asymmetrie in Hummelflügeln als Indikator für Stress. Eine hohe Asymmetrie (sehr unterschiedlich geformte rechte und linke Flügel) weist darauf hin, dass die Bienen während der Entwicklung Stress ausgesetzt waren – ein externer Faktor, der ihr normales Wachstum beeinträchtigte.
Bei der Untersuchung von vier britischen Hummelarten fand die Gruppe Hinweise darauf, dass der Stress im Laufe des Jahrhunderts von seinem Tiefpunkt um 1925 an zunahm. Weitere Analysen zeigten, dass jede Bienenart in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts einen durchweg höheren Stressindikator aufwies.
Aus der Vergangenheit lernen, um die Zukunft vorherzusagen
Anhand der klimatischen Bedingungen im Jahr der Sammlung – nämlich der jährlichen Durchschnittstemperatur und des jährlichen Niederschlags – fand das Team heraus, dass Bienen in heißeren und feuchteren Jahren eine stärkere Flügelasymmetrie zeigten. Die Studie erscheint heute im Zeitschrift für Tierökologie.
Die Autorin Aoife Cantwell-Jones vom Department of Life Sciences (Silwood Park) am Imperial sagt: „Durch die Verwendung eines Proxys für Stress, der an der äußeren Anatomie der Biene sichtbar ist und nur wenige Tage oder Wochen zuvor durch Stress während der Entwicklung verursacht wurde, können wir darauf schauen genauere Nachverfolgung von Faktoren, die Bevölkerungen durch historischen Raum und Zeit unter Druck setzen.“
Der Autor Dr. Andres Arce, jetzt an der University of Suffolk, erklärte, dass ihr „Ziel darin besteht, die Reaktionen auf bestimmte Umweltfaktoren besser zu verstehen und aus der Vergangenheit zu lernen, um die Zukunft vorherzusagen. Wir hoffen, vorhersagen zu können, wo und wann Hummeln sein werden.“ am stärksten gefährdet und zielen auf wirksame Erhaltungsmaßnahmen ab.“
Der leitende Autor Dr. Richard Gill vom Department of Life Sciences (Silwood Park) am Imperial sagt, dass „bei heißeren und feuchteren Bedingungen Hummeln voraussichtlich stärkerem Stress ausgesetzt sein werden, bedeutet die Tatsache, dass diese Bedingungen unter dem Klimawandel häufiger werden, Hummeln möglicherweise wird im 21. Jahrhundert eine harte Zeit durchmachen.“
DNA aus einzelnen Beinen
Neben der Messung der Flügelformen von Bienen sequenzierte das Team in einer zweiten parallelen Studie erfolgreich die Genome von über hundert Exemplaren aus dem Hummelmuseum, die mehr als 130 Jahre alt sind. In einem bahnbrechenden Fortschritt wurden alte DNA-Methoden, die typischerweise zur Untersuchung von Wollmammuts und alten Menschen verwendet werden, zum ersten Mal auf eine Insektenpopulation angewendet.
Wissenschaftler des Natural History Museum und des Earlham Institute quantifizierten die DNA-Konservierung anhand nur eines einzigen Bienenbeins von jeder der untersuchten Bienen. Aus diesen Entwicklungen, veröffentlicht heute in Methoden in Ökologie & Evolutionkönnen die Forscher nun untersuchen, wie der gemeldete Stress zu einem Verlust der genetischen Vielfalt führen kann.
In Verbindung mit der Bereitstellung eines neuen Referenzgenoms wird das Team diese Daten nun verwenden, um zu untersuchen, wie sich Bienengenome im Laufe der Zeit verändert haben, um zu verstehen, wie sich ganze Populationen an veränderte Umgebungen angepasst haben – oder nicht.
Der Wert von Museumssammlungen
Das Team konzentrierte sich auf Hummelsammlungen und arbeitete mit Kuratoren des Natural History Museum London, National Museums Scotland, Oxford University Museum of Natural History, World Museum Liverpool und Tullie House Museum Carlisle zusammen.
Die Autorin Dr. Victoria Mullin vom Natural History Museum sagt, dass „Museums-Insektensammlungen eine beispiellose Gelegenheit bieten, direkt zu untersuchen, wie die Genome von Populationen und Arten durch Umweltveränderungen im Laufe der Zeit beeinflusst wurden. Sie sind jedoch eine begrenzte Ressource und ein begrenztes Verständnis wie man sie am besten für genetische Studien nutzt, ist wichtig.“
Der leitende Autor Professor Ian Barnes vom Natural History Museum sagt, dass „eines der Hauptprobleme bei Museumssammlungen darin besteht, dass die Qualität der DNA sehr unterschiedlich sein kann, was es schwierig macht, vorherzusagen, welche Art von Analysen wir durchführen sollten. Wir haben jetzt.“ eine viel bessere Idee zur DNA-Konservierung in Insektensammlungen, was unsere laufende Arbeit zum Verständnis der Geschichte und Zukunft von Insektenpopulationen enorm vorantreibt.“
Dr. Gill kam zu dem Schluss, dass „diese Studien den Wert der Nutzung von Museumsexemplaren zeigen, um in die Vergangenheit zu reisen und die Geheimnisse der Vergangenheit zu lüften. Aber was wir getan haben, ist erst der Anfang, indem wir unsere Arbeit mit diesen wichtigen öffentlichen Sammlungen fortsetzen und mit Kuratoren zusammenarbeiten.“ wir können nur mehr entdecken.
„Diese Arbeit war Teil eines vom Natural Environment Research Council finanzierten Projekts und hätte ohne das Engagement, die harte Arbeit und den Fleiß der Museumskuratoren und unserer anderen Mitarbeiter nicht verwirklicht werden können. Wir sind auch den BBSRC-Mitteln für die Unterstützung der Generation dankbar des Hummel-Referenzgenoms.“
Aoife Cantwell-Jones, et al, Signaturen von zunehmendem Umweltstress in Hummelflügeln im vergangenen Jahrhundert: Erkenntnisse aus Museumsexemplaren, Zeitschrift für Tierökologie (2022). doi.org/10.1111/1365-2656.13788
Victoria Mullin et al., Erste groß angelegte Quantifizierungsstudie zur DNA-Konservierung in Insekten aus naturkundlichen Sammlungen mit genomweiter Sequenzierung, Methoden in Ökologie & Evolution (2022). doi.org/10.1111/2041-210X.13945